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May 10, 2023

列車内の空気の質: 鉄道安全基準委員会の報告書への回答

Pubblicato il 5 giugno 2023 © Crown copyright 2023 Questa pubblicazione è autorizzata

2023 年 6 月 5 日発行

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このレポートは、鉄道安全基準委員会 (RSSB) の列車内の空気品質の分析に関するレポート (T1188) に対する回答です。

この報告書の内容は DfT 科学諮問委員会のみの責任であり、運輸省 (DfT) または DfT 大臣の見解を表すものではありません。

劣悪な大気環境は病気と死亡率の主な環境要因であり、英国では年間 15,000 人から 40,000 人の死者を出していると推定されています[脚注 1]。

生産性の低下と医療サービスの負担により、多大な経済的コストが発生します。

英国の屋外空気の質はここ数十年で改善されており、1 日の個人暴露量の大部分を占める可能性がある屋内環境に大きな注意が払われています。 多くの場合、屋内は屋外よりも空気の質が劣る可能性がありますが、これは非常に変動しており、予測するのが困難です。

大気汚染と交通環境は長年にわたって研究されており、大気質が潜在的に悪化する可能性がある場所として知られています。 これには、歩行者や自転車利用者に影響を与える道端や、車、バス、電車、航空機内の乗客が含まれます。 鉄道駅やバス停などの交通ハブの建物も、空気の質が悪くなりやすいことが知られています。

RSSB 報告書 T1188 は、長距離旅行中に列車の車内で見られる大気汚染を評価しており、英国における現在の輸送曝露に関する証拠ベースへの歓迎すべき追加です。

これは、都市間の長距離移動中に乗客が暴露される可能性に関する知識の重要なギャップを埋めるものである（これまでの研究は主に都市での通勤移動に焦点を当てていた）。

検査された汚染物質は、二酸化窒素 (NO2) と、PM2.5 および PM10 (直径 2.5 および 10 ミクロン未満の粒子) およびブラックカーボン (BC) として表される粒子状物質 (PM) です。 二酸化窒素はほぼ独占的にディーゼル エンジンの排気に由来するのに対し、PM はエンジンの排気やブレーキ摩耗などの幅広い発生源から排出されます。 PM は、居住者自身からも、呼気を介して、また布地や床材などの内部表面からの物理的な撹拌や粉塵の再浮遊からも放出されます。

この報告書は、ロンドンのインペリアル・カレッジが実施した2つの研究に分けて、約100回の列車旅行で測定された車内濃度を対比している。 研究では、さまざまな列車タイプ/行程を使用し、都市部および地方のいくつかの固定監視ステーションで同時に行われた大気質観測データと広範囲に比較しました。 これらのデータ ソースが移動中の移動から大幅に離れている場合があるため、このような比較は、遭遇した相対的な濃度のガイドを提供することのみを目的としています。

他の輸送モードにおける密閉空間の空気質パラメータに関する文献データとの比較も行われます。 この後者の比較は、長距離列車の旅にとって重要です。 一般に、機内における大気汚染の濃度は、周囲の濃度や積極的な移動手段と対比され、現在では後者の方が全体的な暴露量が低下することがよくあります。

英国の中長距離列車旅行の場合、暴露に対する最も適切な反事実は、同じ旅行中に車内やバス内で経験されるであろう空気の質です。 地域の気象は日々の大気の質を決定する主要な要素であるため、列車の走行と同じ日に整合制御走行が実施されなければ、モード間の影響を定量的に比較することはできませんでした。

この研究では、大気質の観察は 1 分間のデータ平均化によって収集されました。これは、ほとんどの屋外大気質監視ステーションから返される頻度よりも高い頻度です。 その結果、列車の車内データには一時的な高濃度が示されました（95 パーセンタイルで報告）。

これらの値を、時間平均され平滑化された Defra または地方自治体の屋外環境モニタリング データと直接比較しないように注意する必要があります。 1 分間の電車のピーク値と周囲の屋外の年間平均値との比較がいくつかあります。 これにより、表面的には車両が外部に比べて非常に汚染されているように見えますが、暴露の時間スケールが大きく異なっています。

比較に最も有用な指標は、移動平均集中度であると考えられます。この研究では、これは通常、列車内で費やされる 1 ～ 3 時間を表します。 将来的には、WHO や UKHSA などの英国および国際的な室内空気質ガイドラインに直接マッピングできる濃度を提供するために、「過去最高」の 1 時間平均の指標を作成することが有益になる可能性があります。 他の閉鎖空間の短期屋内空気質ガイドラインは、多くの場合、1 時間、8 時間、または 24 時間の平均濃度として表されます。

実験では、列車の種類が経験した車内の空気の質に影響を与えたことが示されていますが、報告書では、後処理システムの個々の種類やブレーキ システムなどの関連要素に観察された違いを直接配分することは試みられていません。 これは、今後の分析で追加の専門知識を使用してフォローアップされる可能性のある領域です。

予想外の特徴は、クラス 800 のバイモード列車をディーゼル モードで使用すると、過渡電流と走行平均濃度の高い NO2 濃度が発生することです。 これらは、移動距離全体にわたって平均すると、濃度が大幅に上昇していることを示しました。

クラス 800 は選択触媒還元 (SCR) 排気ガス後処理を備えた比較的新しい車両であるため、これはさらに調査する価値があると思われます。 クラス 755 やクラス 230 などの他の車両タイプでも、NO2 は一貫して上昇していました。他のタイプの車両では、PM 濃度の上昇が (屋外と比較して) 観察され、ディーゼル微粒子フィルター (DPF) などの軽減技術のない古い車両で蔓延していましたが、 DPFが含まれているものもあります。 この研究における PM の濃度は、以前に文献で報告された値の種類とほぼ一致していました。

列車内の濃度をより広い文脈で位置づけるには、観測値の一部を他のタイプの環境に関する既存の室内空気質ガイドラインと比較することが役立ちます。 比較するのに最も適切なガイドラインは、WHO (2010) から発行されたガイドラインです。 これらは、RSSB 調査のデータに直接マッピングされませんが、それでも、移動平均 (およそ 1 ～ 3 時間の期間を表す) と比較するのに、厳密に一致する時間平均標準が役立ちます。 これにより、移動の平均期間は 1 時間と 24 時間の WHO ガイドラインの間のどこかに収まるようになります。

2 つの研究期間から取得した最高および 2 番目に高い行程平均濃度を以下に示し、最も近い一致する WHO の室内空気質ガイドラインの制限値と比較します。

このデータは、最悪の場合の列車旅行では、乗客の室内空気質が、ほぼ一致する WHO の室内空気質ガイドライン値を超える可能性があることを示しています。 ただし、約 100 回の列車旅行のうち、これらのガイドラインに近づくか超える集中力を経験したのは少数のみであることに注意してください。

多くの旅行では、鉄道車両の空気の質が、典型的な道路沿いの都市部の屋外環境とほぼ同等であることが示されました。 T1188 パート 1 研究における「すべての移動」からの平均濃度は、NO2、PM2.5、および PM10 に関する WHO の 1 時間および 24 時間の屋内ガイドラインを下回りました。 これは、室内の空気の質を改善するためにこれ以上の措置を講じないことを主張するものではありませんが、効果の規模を適切な状況に置くことになります。 実際、個人が屋外、道端、汚染された空気の中で日常的に数時間を過ごすことは比較的珍しいでしょう。

研究の範囲には、列車内で見つかった大気汚染の原因を直接特定することや、汚染と個々の機関車や車両の種類との広範な関連性を明らかにすることは含まれていなかった。 この報告書は、PM がさまざまな場所から来る可能性があることを正しく指摘しています。 それは、排気で使用される DPF (存在する場合) の有効性、ブレーキ システムの種類、吸気口で使用される濾過の効率に依存する可能性があります。 PM は、乗員自身、動き、呼気から放出されます。

占有率や空気交換率などの他の物理的要因は報告されていないため、これらがどの程度重要な要因であったかを確立することはできません。 発生源の配分の使用は、燃焼のトレーサーとしてブラックカーボンを使用してこれらの PM 発生源を区別する試みにおいて部分的にしか成功しませんでした。

NO2 濃度上昇の原因は、主にディーゼル エンジンの排気ガスの混入 (駅にいる場合は近くの列車からの可能性もあります) から発生するため、診断がより簡単でした。

クラス 800 列車での NO2 上昇の正確な原因は明確に調査されていませんが、車両の空気取り入れ口の位置 (排気システムに対して) が理想的ではないことと、排気ガス後処理の性能不足の組み合わせが原因であると考えられます。 選択された触媒還元 (SCR) を備えた最新のエンジンでは、排気システムが冷えているときにパフォーマンス低下が発生する可能性があります。 これには、初期始動時や、排気システムが触媒温度を維持するためにエンジンからの熱出力に依存している場合が含まれます。

アイドル状態または低負荷状態で長期間過ごすエンジンは、補助的な排気加熱 (たとえば、直接電気加熱) が適用されていない場合、特に影響を受けやすい可能性があります。 SCR のパフォーマンス低下は、エンジン保護上の理由 (低温など) または尿素試薬の不足により後処理システムが無効になった場合にも発生する可能性があります。

1月に行われた旅行では最も高いNO2濃度の一部が観察され、周囲気温の低下がSCRのパフォーマンス低下を悪化させた可能性があることが指摘されている。

長距離列車旅行中の大気質に関するガイドラインは、可能な限り、旅行中の総合曝露を反映する適切な平均期間を使用することを目指すべきである。 列車内の大気汚染の制限に関する推奨事項を策定する任務を負っている人は、たとえば UKHSA やより広範な NICE アドバイスによって発行されたガイドラインなど、他の閉鎖環境に関する屋内空気質ガイドラインを出発点として検討するとよいでしょう。 規格やガイドラインの開発には、技術的介入や適応に関する事業者への証拠のあるアドバイスが伴う必要があります。

この研究は、単一の旅行での典型的な乗客の暴露を評価するように設計されており、必ずしも鉄道スタッフの大気汚染への職業的暴露を反映しているわけではない可能性があります。 勤務パターンにより、スタッフはサンプリングされていない列車内のさまざまな車内エリアで、乗客よりも長い時間を過ごすことになる場合があります。 これは列車内の空気の質の一側面である可能性があり、より代表的な測定を行う必要がある可能性があります。

電車内の PM 濃度は屋外よりも高くなることが多く、PM2.5 と PM10 の両方について WHO の 24 時間屋内ガイドラインを超える場合もありました。 ただし、報告された値は、文献で以前に報告された内部濃度の範囲内に広く収まっていました。 エンジン後処理システムの種類と有効性、ブレーキシステムの種類、室内空気交換率、乗客占有率など、PM と既知の原因因子との関連性を特定するために、追加の分析を追跡調査することは価値があるかもしれません。

クラス 800 列車で発生した NO2 濃度の上昇については、さらなる調査が必要です。 SCR システムが予想どおりに機能していない可能性や、一部の客室への空気取り入れ口が最適に構成されておらず、意図せずにエンジンの排気を吸い込んでいる可能性があります。 エンジンのアイドリング中や低負荷が長時間続くと、冷却によりパフォーマンスが低下することがあります。 ほとんどのディーゼル道路車両で一般的に実装されているように、排気システムの追加の直接加熱などにより、これを修正する技術的な機会が存在する可能性があります。

鉄道システムからの摩擦や磨耗によって放出される PM の化学組成は、大気中に見られるものとは異なる可能性があります。 列車内で見つかった浮遊粒子状物質の化学的性質をさらに分析できれば、粒子の全体的な質量を削減するだけでなく、毒物学的に最も有害な成分（微量金属など）に対処する潜在的な標的を絞った介入がサポートされるでしょう。

ディーゼル駆動列車からの移行が実質ゼロになれば、車両内の NO2 上昇のリスクが排除されます。 鉄道の電化 (架線または燃料電池) により、屋内および屋外の空気質のさらなる利点が得られます。これは、全電気列車はディーゼル代替列車と比較した場合、PM の排出も少ないためです。 それにもかかわらず、将来のすべての推進技術と車両換気システム (空気取り入れ口の位置を含む) の性能は、車内の空気の質への影響について評価される必要があります。

車両の空気を浄化するために能動空気濾過システムを使用すると、列車自体から発生する PM 汚染と乗員からの呼吸器ウイルスなどの他の浮遊粒子への曝露を減らすという二重の利点がある可能性があります。 しかし、濾過システムは NO2 のようなガス状汚染物質を効率的に除去する可能性は低く、代わりに排気時点で最も効果的に軽減されます。

水素、アンモニア、バイオディーゼルなどの代替低炭素燃料を使用して列車の燃焼推進力を維持する長期戦略は、エンジンの排気ガスで NOx を継続的に排出する可能性があります。 これには、非常によく最適化された燃焼条件 (H2 には効果があるかもしれないが、バイオディーゼルには効果がない可能性が高いアプローチ) を使用するか、NOx 排出を管理するために排気ガス後処理を継続的に使用する必要があります。

同省が考慮すべき広範な証拠問題は、乗用車やバスの車内の空気の質に関して入手可能な最近（過去5年から10年、EURO6以降を意味する）および英国特有のデータが不足していることである。 このため、現在の鉄道内での大気汚染への曝露を、現在の反事実的な旅行とどのように比較するかを評価することが困難になっています。

ヨーク大学アラステア・ルイス教授

Emma Taylor 博士、クランフィールド大学 / RazorSecure Ltd

インペリアル・カレッジ・ロンドン教授リカルド・マルティネス・ボタス

サウサンプトン大学ウィリアム・パウリー教授

王立内科医協会、(2016)。 私たちが呼吸するたびに、大気汚染が生涯にわたる影響を及ぼします。 ワーキングパーティの報告。 ISBN 978-1-86016-567-2 ↩